CN112983583B - 一种油田联合站分布式联供系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种油田联合站分布式联供系统，包括供电子系统、供冷子系统、供热子系统，以固体氧化物燃料电池为原动机，输出电能并利用余热驱动底端循环，同时结合太阳能与含油污水余热能进行制冷和制热。系统充分利用第一类吸收式热泵对低温热源的升温能力，输出热水温度在80℃以上，满足日常生活用水要求。系统最大程度实现能量的梯级利用，内部泵与压缩机耗电实现自给自足，使整个油田联合站分布式联供系统可以脱离外部电源而独立运行，因而该系统及以此为基础的改进型可以在脱离大电网的分布式供能系统中发挥重要作用。

Description

一种油田联合站分布式联供系统
技术领域
本发明涉及热电冷联供系统技术领域，特别是涉及一种油田联合站分布式联供系统。
背景技术
现阶段多数油田联合站在进行油水分离处理后，生成的含油污水一部分用于回注，另一部分直接排入外界环境，而污水的温度大约在40～60℃之间，流量大且较为稳定，所含热量十分可观，直接排出将会造成热能资源的浪费。但是该低品位热源利用难度较高，目前单纯采用热泵回收用途较为单一，回收利用率较低。
因此，如何将含油污水的热量进行有效提升以满足油田联合站的需求，提高能量利用效率，成为本领域技术人员目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种油田联合站分布式联供系统，以解决上述现有技术存在的问题，实现能量的梯级利用，提高能量的回收利用率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种油田联合站分布式联供系统，包括：
供电子系统，所述供电子系统包括固体氧化物燃料电池、第一透平、第二透平、第三透平、第三蒸发器、第三冷凝器，所述固体氧化物燃料电池连接有直流-交流逆变器，所述固体氧化物燃料电池的阳极能够与燃料和水源相连，所述固体氧化物燃料电池的阴极能够与外部空气相连通，所述固体氧化物燃料电池的阳极还与所述第一透平相连，所述第一透平与所述第三蒸发器相连，所述第三蒸发器、所述第三透平、所述第三冷凝器顺次相连形成循环通路；
供冷子系统，所述供冷子系统包括太阳能集热器、第一蒸发器、工质加热器、压缩机、第一冷凝器、高压发生器、低压发生器、第二冷凝器、第二蒸发器、第一吸收器，所述太阳能集热器、含油污水均与所述第一蒸发器相连通，所述太阳能集热器、所述第一蒸发器、所述工质加热器顺次相连形成循环通路，所述第一蒸发器与所述第一冷凝器相连，所述压缩机设置于所述第一蒸发器与所述第一冷凝器之间，所述第一蒸发器、所述压缩机、所述第一冷凝器顺次相连形成循环通路；所述第一冷凝器与所述高压发生器相连，所述高压发生器、所述低压发生器、所述第二冷凝器、所述第二蒸发器、所述第一吸收器顺次相连形成循环通路，且所述高压发生器、所述低压发生器均与所述第一吸收器相连，所述高压发生器与所述第一吸收器之间设置高温热交换器，所述低压发生器与所述第一吸收器之间设置低温热交换器；
供热子系统，所述供热子系统包括发生器、第四冷凝器、溶液热交换器、第二吸收器、第四蒸发器，所述发生器、所述第四冷凝器、所述溶液热交换器、所述第二吸收器、所述第四蒸发器顺次相连形成循环通路，所述第四蒸发器能够与含油污水相连，所述发生器与所述第二透平相连。
优选地，燃料与水源均利用预重整器与所述固体氧化物燃料电池的阳极相连，燃料利用燃料泵与所述预重整器相连，水源利用水预热器与所述预重整器相连；所述固体氧化物燃料电池的阳极利用燃烧器与所述第一透平相连，所述燃烧器能够与外部空气相连通，外部空气与所述燃烧器之间设置第二空气预热器，所述第三蒸发器利用所述第二空气预热器与所述预重整器相连，所述工质加热器与所述预重整器、所述水预热器相连；外部空气与所述固体氧化物燃料电池的阴极之间设置第一空气泵和第一空气预热器，所述第一空气预热器靠近所述固体氧化物燃料电池设置。
优选地，所述第三蒸发器与所述第三冷凝器之间设置工质热交换器，所述第三冷凝器与所述工质热交换器之间设置第二工质泵。
优选地，所述第一蒸发器与所述太阳能集热器之间设置第一工质泵，所述第一冷凝器与所述第一蒸发器之间设置第一膨胀阀；所述第二冷凝器与所述第二蒸发器之间设置第二膨胀阀，所述低温热交换器与所述第一吸收器之间设置第三膨胀阀，所述第一吸收器与所述低温热交换器、所述高温热交换器之间设置第一溶液泵，所述第一吸收器与所述高温热交换器之间设置第四膨胀阀。
优选地，所述高压发生器还连接有蓄能储罐。
优选地，所述发生器与所述溶液热交换器之间设置第五膨胀阀和第二溶液泵，所述第四冷凝器与所述第四蒸发器之间设置第六膨胀阀。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的油田联合站分布式联供系统，包括供电子系统、供冷子系统、供热子系统，以固体氧化物燃料电池为原动机，输出电能并利用余热驱动底端循环，同时结合太阳能与含油污水余热能进行制冷和制热。系统充分利用第一类吸收式热泵对低温热源的升温能力，输出热水温度在80℃以上，满足日常生活用水要求。系统最大程度实现能量的梯级利用，内部泵与压缩机耗电实现自给自足，使整个油田联合站分布式联供系统可以脱离外部电源而独立运行，因而该系统及以此为基础的改进型可以在脱离大电网的分布式供能系统中发挥重要作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的油田联合站分布式联供系统的示意图；
其中，1为固体氧化物燃料电池，2为直流-交流逆变器，3为预重整器，4为第一空气预热器，5为第一空气泵，6为燃料泵，7为水预热器，8为太阳能集热器，9为第一工质泵，10为第一膨胀阀，11为第一蒸发器，12为压缩机，13为第一冷凝器，14为高压发生器，15为低压发生器，16为第二冷凝器，17为低温热交换器，18为高温热交换器，19为蓄能储罐，20为第二膨胀阀，21为第三膨胀阀，22为第一溶液泵，23为第四膨胀阀，24为第二蒸发器，25为第一吸收器，26为燃烧器，27为第二空气预热器，28为第一透平，29为第二透平，30为第三蒸发器，31为第三透平，32为工质热交换器，33为第三冷凝器，34为第二工质泵，35为发生器，36为第四冷凝器，37为第五膨胀阀，38为第二溶液泵，39为溶液热交换器，40为第二吸收器，41为第六膨胀阀，42为第四蒸发器，43为工质加热器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种油田联合站分布式联供系统，以解决上述现有技术存在的问题，实现能量的梯级利用，提高能量的回收利用率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1，图1为本发明的油田联合站分布式联供系统的示意图。
本发明提供一种油田联合站分布式联供系统，包括：
供电子系统，供电子系统包括固体氧化物燃料电池1、第一透平28、第二透平29、第三透平31、第三蒸发器30、第三冷凝器33，固体氧化物燃料电池1连接有直流-交流逆变器2，固体氧化物燃料电池1的阳极能够与燃料和水源相连，固体氧化物燃料电池1的阴极能够与外部空气相连通，固体氧化物燃料电池1的阳极还与第一透平28相连，第一透平28与第三蒸发器30相连，第三蒸发器30、第三透平31、第三冷凝器33顺次相连形成循环通路；
供冷子系统，供冷子系统包括太阳能集热器8、第一蒸发器11、工质加热器43、压缩机12、第一冷凝器13、高压发生器14、低压发生器15、第二冷凝器16、第二蒸发器24、第一吸收器25，太阳能集热器8、含油污水均与第一蒸发器11相连通，太阳能集热器8、第一蒸发器11、工质加热器43顺次相连形成循环通路，用以吸收太阳光热能和烟气余热，第一蒸发器11与第一冷凝器13相连，上述循环通路通过第一蒸发器11与含油污水余热并联组成低品位热源；压缩机12设置于第一蒸发器11与第一冷凝器13之间，第一蒸发器11、压缩机12、第一冷凝器13顺次相连形成循环通路；第一冷凝器13与高压发生器14相连，高压发生器14、低压发生器15、第二冷凝器16、第二蒸发器24、第一吸收器25顺次相连形成循环通路，构成一个双效制冷循环，并联的制冷剂蒸汽均通入第二冷凝器16中，且高压发生器14、低压发生器15均与第一吸收器25相连，高压发生器14与第一吸收器25之间设置高温热交换器18，低压发生器15与第一吸收器25之间设置低温热交换器17；
供热子系统，供热子系统包括发生器35、第四冷凝器36、溶液热交换器39、第二吸收器40、第四蒸发器42，发生器35、第四冷凝器36、溶液热交换器39、第二吸收器40、第四蒸发器42顺次相连形成循环通路，构成第一类吸收式热泵循环，第四蒸发器42能够与含油污水相连，发生器35与第二透平29相连，冷水通过第二吸收器40后通入第四冷凝器36中，热泵循环的低温热源来自于含油污水的余热，高温热源来自于第二透平29的烟气余热。
本发明的油田联合站分布式联供系统，燃料与水源均利用预重整器3与固体氧化物燃料电池1的阳极相连，燃料利用燃料泵6与预重整器3相连，水源利用水预热器7与预重整器3相连；固体氧化物燃料电池1的阳极利用燃烧器26与第一透平28相连，燃烧器26能够与外部空气相连通，外部空气与燃烧器26之间设置第二空气预热器27，第三蒸发器30利用第二空气预热器27与预重整器3相连，工质加热器43与预重整器3、水预热器7相连；外部空气与固体氧化物燃料电池1的阴极之间设置第一空气泵5和第一空气预热器4，第一空气预热器4靠近固体氧化物燃料电池1设置。
其中，第三蒸发器30与第三冷凝器33之间设置工质热交换器32，完成循环中的热传递，第三冷凝器33与工质热交换器32之间设置第二工质泵34，保证介质的顺利传输。
同样地，第一蒸发器11与太阳能集热器8之间设置第一工质泵9，第一冷凝器13与第一蒸发器11之间设置第一膨胀阀10；第二冷凝器16与第二蒸发器24之间设置第二膨胀阀20，低温热交换器17与第一吸收器25之间设置第三膨胀阀21，第一吸收器25与低温热交换器17、高温热交换器18之间设置第一溶液泵22，第一吸收器25与高温热交换器18之间设置第四膨胀阀23，保证系统的正常运行。
具体地，高压发生器14还连接有蓄能储罐19，储存多余能量以备用。
另外，发生器35与溶液热交换器39之间设置第五膨胀阀37和第二溶液泵38，第四冷凝器36与第四蒸发器42之间设置第六膨胀阀41，提高系统运行安全系数。
本发明的油田联合站分布式联供系统，供电子系统中，甲烷燃料通过燃料泵6的泵送后，与已预热的水混合输送至预重整器3内进行重整反应，实现燃料的部分预重整，有助于减少固体氧化物燃料电池1的积碳，以及反应剧烈吸热给固体氧化物燃料电池1带来的结构破坏，预重整生成的富氢气体进入固体氧化物燃料电池1的阳极，空气通过该第一空气泵5的泵送以及第一空气预热器4的加热后，进入固体氧化物燃料电池1的阴极，固体氧化物燃料电池1通过置换反应和电化学反应生成的电流，在直流-交流逆变器2整流后输出，固体氧化物燃料电池1的阳极剩余燃料与已预热的空气在燃烧器26内混合并燃烧，生成的烟气与固体氧化物燃料电池1的阴极所排烟气分别推动第一透平28和第二透平29做功发电，第一透平28排出的烟气通过第三蒸发器30以驱动有机朗肯循环，并分别在第三透平31和第三冷凝器33处输出电流和生活热水。
供冷子系统中，分别通过太阳能集热器8和工质加热器43吸收太阳光热能和烟气余热能后，由第一工质泵9驱动循环将热量传递至第一蒸发器11与含油污水一同加热工质，工质在低压环境蒸发后，通过压缩机12进入第一冷凝器13放出热量，经过第一膨胀阀10降压后完成热泵循环，第一冷凝器13中高温工质则通入高压发生器14作为双效制冷循环的驱动热源，高压发生器14内生成的制冷剂蒸汽作为低压发生器15的热源，两部分制冷剂蒸汽经过第二冷凝器16和第二膨胀阀20的降温降压后，在第二蒸发器24中蒸发吸热制得冷媒水用于制冷，而第一吸收器25内生成的稀溶液则通过第一溶液泵22的泵送后，分为了两部分分别进入高压发生器14和低压发生器15以完成制冷循环。
供热子系统中，发生器35中的溶液得到第二透平29的烟气提供的高温热源而蒸发出制冷剂，经过冷凝降压后，制冷剂在第四蒸发器42中大量吸收含油污水的低温余热，然后返回第二吸收器40中稀释放热，冷水先后得到了吸收热和冷凝热的加温，最终生成热水输出。
本发明的油田联合站分布式联供系统，在固体氧化物燃料电池1/微型燃气轮机发电系统的基础上引入了太阳能/污水源热泵循环、双效吸收式制冷循环、有机朗肯循环以及第一类吸收式热泵循环，通过各循环的有机集成和能量的梯级利用，能够实现油田目前大量低品位污水余热的有效回收，同时提供冷热电供应，具有较好的节能减排效果。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的油田本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种油田联合站分布式联供系统，其特征在于，包括：
供电子系统，所述供电子系统包括固体氧化物燃料电池、第一透平、第二透平、第三透平、第三蒸发器、第三冷凝器，所述固体氧化物燃料电池连接有直流-交流逆变器，所述固体氧化物燃料电池的阳极能够与燃料和水源相连，所述固体氧化物燃料电池的阴极能够与外部空气相连通，所述固体氧化物燃料电池的阳极还与所述第一透平相连，所述第一透平与所述第三蒸发器相连，所述第三蒸发器、所述第三透平、所述第三冷凝器顺次相连形成循环通路；
供冷子系统，所述供冷子系统包括太阳能集热器、第一蒸发器、工质加热器、压缩机、第一冷凝器、高压发生器、低压发生器、第二冷凝器、第二蒸发器、第一吸收器，所述太阳能集热器、含油污水均与所述第一蒸发器相连通，所述太阳能集热器、所述第一蒸发器、所述工质加热器顺次相连形成循环通路，所述第一蒸发器与所述第一冷凝器相连，所述压缩机设置于所述第一蒸发器与所述第一冷凝器之间，所述第一蒸发器、所述压缩机、所述第一冷凝器顺次相连形成循环通路；所述第一冷凝器与所述高压发生器相连，所述高压发生器、所述低压发生器、所述第二冷凝器、所述第二蒸发器、所述第一吸收器顺次相连形成循环通路，且所述高压发生器、所述低压发生器均与所述第一吸收器相连，所述高压发生器与所述第一吸收器之间设置高温热交换器，所述低压发生器与所述第一吸收器之间设置低温热交换器；
供热子系统，所述供热子系统包括发生器、第四冷凝器、溶液热交换器、第二吸收器、第四蒸发器，所述发生器、所述第四冷凝器、所述溶液热交换器、所述第二吸收器、所述第四蒸发器顺次相连形成循环通路，所述第四蒸发器能够与含油污水相连，所述发生器与所述第二透平相连。
2.根据权利要求1所述的油田联合站分布式联供系统，其特征在于：燃料与水源均利用预重整器与所述固体氧化物燃料电池的阳极相连，燃料利用燃料泵与所述预重整器相连，水源利用水预热器与所述预重整器相连；所述固体氧化物燃料电池的阳极利用燃烧器与所述第一透平相连，所述燃烧器能够与外部空气相连通，外部空气与所述燃烧器之间设置第二空气预热器，所述第三蒸发器利用所述第二空气预热器与所述预重整器相连，所述工质加热器与所述预重整器、所述水预热器相连；外部空气与所述固体氧化物燃料电池的阴极之间设置第一空气泵和第一空气预热器，所述第一空气预热器靠近所述固体氧化物燃料电池设置。
3.根据权利要求1所述的油田联合站分布式联供系统，其特征在于：所述第三蒸发器与所述第三冷凝器之间设置工质热交换器，所述第三冷凝器与所述工质热交换器之间设置第二工质泵。
4.根据权利要求1所述的油田联合站分布式联供系统，其特征在于：所述第一蒸发器与所述太阳能集热器之间设置第一工质泵，所述第一冷凝器与所述第一蒸发器之间设置第一膨胀阀；所述第二冷凝器与所述第二蒸发器之间设置第二膨胀阀，所述低温热交换器与所述第一吸收器之间设置第三膨胀阀，所述第一吸收器与所述低温热交换器、所述高温热交换器之间设置第一溶液泵，所述第一吸收器与所述高温热交换器之间设置第四膨胀阀。
5.根据权利要求1所述的油田联合站分布式联供系统，其特征在于：所述高压发生器还连接有蓄能储罐。
6.根据权利要求1所述的油田联合站分布式联供系统，其特征在于：所述发生器与所述溶液热交换器之间设置第五膨胀阀和第二溶液泵，所述第四冷凝器与所述第四蒸发器之间设置第六膨胀阀。
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